شبیه سازی مقاومت فرسایشی مصالح سنگی با استفاده از مدل هیدرولیکی مطالعه موردی: حوضچه استغراق سد کارون 3

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد /بخش عمران دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 کارشناس ارشد /سازه هیدرولیکی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

3 بخش سازه‌های هیدرولیکی، مرکز تحقیقات آب

چکیده

بررسی عملکرد حوضچه‌های استغراق در پایین دست سدها (شبیه سازی فرایند آبشستگی) به عنوان سازه‌های مستهلک کننده انرژی از جمله اهداف مهم در ساخت مدل‌های هیدرولیکی آنها می‌باشد. به دلیل محدودیت‌هایی که در به کارگیری مصالح دانه‌ای غیر چسبنده در شیبهای تند وجود دارد، انتخاب نسبت مناسبی از مخلوط مصالح چسبنده و غیر چسبنده که بتواند خواص مقاومتی سنگ‌های حوضچه استغراق را در برابر الگوهای پیچیده جریانهای آشفته در مدل شبیه سازی نماید، ضروری می‌باشد. در این مطالعه  شبیه سازی مقاومت فرسایشی مصالح سنگی حوضچه استغراق در پایاب سد کارون 3 مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور هشتاد و شش آزمایش در چهار سری با نسبت های مختلف از مصالح چسبنده و غیر چسبنده در یک فلوم با طول موثر 10متر انجام شده‌است. در این فلوم مخلوط مصالح با نسبتهای ‌متفاوت، تحت تاثیر جریانهای یکنواخت با سرعت‌های مختلف قرار گرفتند. سرعت آستانه آبشستگی در هر یک از نسبت ها تعیین گردید. سیمان به دلیل سخت شدگی شدید و مقاومت در برابر فرسایش از مخلوط مصالح حذف شده و به جای آن رس بنتونیت جایگزین شد. آزمایشها برای بدست آوردن میزان مناسب رس بنتونیت در مخلوط ادامه یافت. پروفیل جریان در فلوم اندازه گیری شد. توان فرساینده جریان برای مخلوط مصالح مختلف با استفاده از سه روش پروفیل اندازه گیری شده جریان، عمق نرمال محاسبه شده جریان و روش گام به گام استاندارد محاسبه گردید و شاخص فرسایش پذیری آنها با استفاده از روش آناندل تعیین شد. با بکارگیری شاخص های فرسایش پذیری به دست آمده کلاس مناسب رس بنتونیت نظیر قسمتهای مختلف حوضچه استغراق سد کارون 3 تعیین گردید.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Scour Resistance Simulation of Stone Materials Using Hydraulic Modeling Case Study: Plunge Pool of the Karoon-III Dam

نویسندگان [English]

  • G. A Barani 1
  • Z Kamalipoor Azad 2
  • M. A Torbati 3
1 Professor, Civil Engineering Dept., Shahid Bahonar University, Kerman, Iran
2 M.S. in Hydralic Structures, Shahid Bahonar University, Kerman, Iran
3 hydraulic structure Dept., Water Research Center, Tehran, Iran
چکیده [English]

The main goal of physical hydraulic modelling of plunge pools as energy dissipators at the toe of reservoir dams is the assessment of their performance efficiency. There is a limitation of using non-cohesive material at steep slopes. Accordingly a suitable combination of cohesive and non-cohesive materials should be selected to simulate the scouring resistance characteristics in the plunge pool against complicated turbulent flow in a hydraulic model. In this study, the relative ability of rock to resist scouring in the plunge pool of Karoon-III dam on the KaroonRiver in south eastern Iran was simulated using a physical model. Eighty-six experiments in four series were carried out in a flume with an effective length of 10 meters with different combination of cohesive and non-cohesive materials, with uniform flow in different velocities. The threshold velocity of scouring was subsequently determined for each combination. Cement was eliminated from the test due to its high scour resistance and was replaced by bentonite clay. Experiments were then continued to determine a suitable fraction of clay bentonite in the combination. The erosive power of water was calculated using three methods: measured flow profiles, flow normal depths, and the Standard Step method. The Erodability Indices were determined by the Annandele method for each method. These Indices were used to determine the suitable class of bentonite clay for different parts of the Karoon-III dam plunge pool.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydraulic Model
  • The Plunge Pool of the Karoon-III Dam
  • Erodiability Index
  • The Scour Threshold

ابریشمی، جلیل و حسینی، سید محمود، (1372)، "هیدرولیک کانال‌های باز"، نشر مشهد.

Annandale,G.W. (1995), “Erodibility”, journal of hydraulic research, Vol.33,No.4, pp. 471-494.

Annandale,G.W. (2002a), “The Erodibility Index method :An overview ”, International     Workshop on Rock scour, EPFL,Lausanne, Switzerland, Septamber 25-28, 2002 (a).

Annandale, G.W. (2002b) “Quantification of the relative ability of rock to resist scour”, International  Workshop on Rock scour, EPFL, Lausanne,  Switzerland.

Annandale,G.W. (2002c) “Quantification of extent of scour using the erodibility index method”, International Workshop on Rock Scour, EPFL, Lausanne,  Switzerland.

Attari , j. , Arefi, F. and Golzari, F. (2002), “A review on physical models of scour holes below  large dams in Iran”, International Workshop on Rock Scour, EPFL, Lausanne, Switzerland.

Johnson,G. (1977), “ Use of weakly cohesive material for scale model scour studies in flood spillway design”, 17th IAHR, Baden Baden, Germany.

Khatsura, R.M. (1992), “State of art on construction, prediction, and analysis of scour in rocky beds downstream of ski jump spillways”, CWPRS, Pune. India.

Lopardo, R.A. , Lopardo M.C. and Casado J.M.(2002), “Local rock scour downstream larg dams”, International Workshop on Rock Scour, EPFL, Lausanne.

Mahab Ghods Acres general partnership, (1993), "KaroonIII development project: Complementary  Comprehensive Hydraulic Model study Report.",  Niagara falls. Ontorico.

Mahab Ghods Acres general partnership, (2000), "KaroonIII development project: Assessment of Eroidibility Index in Karoon III plug pool.",  Niagara falls. Ontorico.

Mazurek , K.A. , Rajaratnam, N. and SegoD.C.,(2001) “Scour of cohesive soil by submerged circular turbulent impinging jets”, J. of Hyd . Eng. , ASCE vol . 127, No.7,.

Schleiss, A.J. (2002),  “Scour evaluation in space and time –the challenge of dam designers”, International Workshop on Rock Scour, EPFL, Lausanne.

Yafei, J.A., Tadanori Kitamura and Wang Sam S.Y. (2001), “ Simulation of scour process in plunging pool of loose bed-material ”, J. of Hyd. Eng., ASCE vol . 127, No.3.

Yang, C.T. (1973), “Incipient motion and sediment transport”, J. of the Hydraulics division, ASCE vol. 99, No.HY10, Proceedings paper 10067, pp. 1679-1704.